张德刚 , 袁 寒 , 刘艳红

(云南省高校农作物优质高效栽培与安全控制重点实验室，红河学院生命科学与技术学院，云南 蒙自 661100)

云南锡矿尾矿库土壤肥力特征与重金属污染分析

张德刚 , 袁 寒 , 刘艳红*

(云南省高校农作物优质高效栽培与安全控制重点实验室，红河学院生命科学与技术学院，云南 蒙自 661100)

【目的】为研究云南个旧锡矿尾矿库(大屯选厂尾矿库、老厂尾矿库和黄茅山尾矿库)土壤基本肥力状况和重金属污染状况。【方法】在调查取样的基础上，进行了土壤理化性状与重金属含量分析，并计算单项污染指数及综合污染指数。【结果】个旧锡矿尾矿库土壤有机质缺乏，土壤碱解氮和速效钾含量甚缺乏，土壤速效磷含量丰富，土壤阳离子交换量水平中等；土壤重金属铅全量为557.14～5 479.58 mg/kg，镉全量为15.84～17.77 mg/kg，铬全量为20.91～65.72 mg/kg，铜全量为1 536.48～2 561.18 mg/kg，锌全量为2 359.18～10 163.39 mg/kg；依据国家环境质量二级标准，单项污染指数表明，各尾矿库土壤中重金属Pb、Cd、Cu、Zn污染严重(Cr除外)，污染程度排序为Cd >Cu >Zn >Pb。综合污染指数表明，尾矿库土壤重金属污染均为重度污染(大屯选厂 >老厂 >黄茅山)。【结论】该研究结果可以为锡矿尾矿库植被恢复与生态重建提供依据。

锡矿；尾矿库；土壤肥力；土壤重金属污染；单项污染指数；综合污染指数

【研究意义】多金属矿区金属矿产资源共生伴生元素多，矿山生产过程中产生大量尾矿排入尾矿库，尾矿中重金属污染基本上是通过尾矿库向环境缓慢释放，对其周围生态系统造成了巨大影响。因此，有色金属矿山尾矿库中重金属对周围环境的影响，日益为许多学者所关注[1-7]。云南个旧是一个超大型锡铜多金属矿区，探明的资源有锡、铜、铅、锌、钨、钼、铁、金、银、砷、硫等20余种。砂锡矿中多共和伴生铅、铜、砷等多种元素，由于选矿回收有限，大量重金属进入尾矿中，对生态环境造成了较大的压力。该区共有31座尾矿库，积存尾矿约1.9亿t 以上[8]。近年来，世界各地广泛开展了矿区生态恢复的研究工作。矿区生态恢复的主要工作是植被恢复与重建，而尾矿库土壤诊断是植被恢复与重建的最基础步骤。因此，了解尾矿库土壤肥力特征具有重要意义。【前人研究进展】目前，关于矿业废弃地土壤肥力的研究已有报道，孙庆业等对凡口铅锌尾矿废弃地的土壤理化性质进行了调查，雷冬梅等[9-12]对云南兰坪铅锌矿、开远煤矿、个旧锡矿废弃地土壤的营养元素(N、P、K、有机质)含量进行了分析。【本研究的切入点】研究结果均表明，矿业废弃地土壤肥力水平较低，有机质、总氮、有效磷及速效钾等营养物质缺乏。有资料表明，不同矿区废弃地土壤的重金属污染程度，污染物类型，贫瘠状况有很大的区别[9]。【拟解决的关键问题】目前关于锡矿尾矿库土壤肥力的研究还鲜见报道，因此，本文以典型锡多金属矿山尾矿库(大屯选厂尾矿库、老厂尾矿库和黄茅山尾矿库)为研究对象，对尾矿库土壤肥力特征及重金属污染状况进行分析，以期为尾矿库土壤肥力的研究和锡矿尾矿库植被恢复与生态重建提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选取个旧锡多金属矿区3个典型尾矿库(个旧大屯选厂尾矿库、老厂尾矿库和黄茅山尾矿库)进行样品采集，这些尾矿库均为锡多金属矿山生产过程中经过多年大量矿业废水、尾矿排入而形成。在每个尾矿库内采用多点混合方法采集0～20 cm土层混合成土样，个旧大屯选厂尾矿库采集4个混合样品，老厂尾矿库和黄茅山尾矿库分别采集到3个混合样品。装入已写好标签的塑料袋内，带回实验室进行处理。放在阴凉通风处风干，风干后磨细过筛，装入瓶内，用于分析土壤基本理化性状及土壤重金属含量。

1.2 测定项目与方法

土壤样品重金属、基本理化性状参照文献[13-14]的方法进行分析。土壤样品用王水—高氯酸法消化，消化液过滤定容后用原子吸收光谱仪(Varian SpectrAA220FS)测定样品中重金属含量。分析所用试剂为优级纯，各种元素的标准系列工作溶液由国家标准物质研究中心购买的标准储备液(1000μg/ mL) 按各元素的测定范围配制。

1.3 数据分析方法

数据处理和分析采用Excel和 SPSS statistics 17.0进行方差分析、多重比较。

2 结果与分析

2.1 尾矿库土壤理化特性

锡矿区尾矿库表层土壤(0～20 cm)基本理化状况及土壤肥力分级指标[1]。由表1可知，尾矿库土壤有机质总量在7.10～16.24 g/kg，平均为11.23 g/kg，土壤有机质缺乏。土壤碱解氮含量为9.14～22.50 mg/kg，平均值为14.48 mg/kg，甚缺乏。土壤速效磷含量为4.91～17.08 mg/kg，平均值为11.42 mg/kg，为丰富。土壤速效钾含量是8.29～51.3 mg/kg，平均值为26.74 mg/kg，甚缺乏；土壤阳离子交换量为12.38～16.67 cmol(+)/kg，平均值15.01 cmol(+)/kg，属中等。土壤pH值为6.12～8.34，平均值7.05，未出现酸化现象。从不同尾矿库来看，土壤基本肥力并未表现出一致的差异性。这可能与各选厂的矿产来源不同有关。

表1 尾矿库表层土壤基本肥力情况

注：表中数值表示为平均值±标准差。同列小写字母不同表示在0.05水平下差异显著，下同。

Notes: Values in table meant + / - standard deviation. Different lowercase letters within the same column meant significant difference at 0.05 levels. The same as below.

表2 尾矿库土壤重金属含量及污染评价

2.2 尾矿库土壤重金属含量及污染评价

由表2可以看出，尾矿库土壤Pb含量为557.14～5479.58 mg/kg，平均值是3755.01 mg/kg，老厂尾矿库和黄茅山尾矿库显著高于大屯选厂尾矿库；Cd含量为15.84～17.77 mg/kg，平均值为17.07 mg/kg，3个尾矿库之间差异不显著；Cr含量为20.91～65.72 mg/kg，平均值为41.96 mg/kg，3个尾矿库之间差异不显著；Cu含量为1536.48～2 561.18 mg/kg，平均值为2164.18 mg/kg，3个尾矿库之间差异不显著；Zn含量为2359.18～10 163.39 mg/kg，平均值是5021.19 mg/kg，老厂尾矿库显著高于黄茅山尾矿库和大屯选厂尾矿库。

表2还可以看出，就单项污染指数而言，3个尾矿库中土壤重金属除Cr外，其它4类重金属污染严重，污染程度为 Cd >Cu >Zn > Pb。土壤重金属污染的这种状况可能与个旧锡多金属矿区矿产本身化学性质有关。不同尾矿库土壤重金属污染程度及主要的重金属污染元素存在差异。从综合污染指数来看，3个尾矿库均为重度污染，综合污染程度为大屯选厂尾矿库>老厂尾矿库>黄茅山尾矿库。

3 讨 论

研究结果表明, 云南锡矿尾矿库土壤有机质平均为11.23 g/kg，碱解氮含量平均值为14.48 mg/kg，土壤速效钾平均值为26.74 mg/kg，土壤肥力水平较低。土壤重金属平均含量Pb为3755.01mg/kg，Cd为17.07 mg/kg，Cr为41.96 mg/kg，Cu为2 164.18 mg/kg，Zn平均为5021.19 mg/kg，重金属重度污染。本研究与刘旭辉等研究长坡尾矿库土壤有机质含量较低(3.21g/kg)、土壤肥力状况较差，雷冬梅等研究云南矿区废弃地土壤肥力(全N、有效P、速效K，有机质等土壤肥力指标等级大都为Ⅲ或Ⅱ级)，孙庆业等[16]研究凡口铅锌尾矿土壤肥力结果相似。废弃地土壤中重金属的积累可能是导致矿区废弃地土壤肥力较低的因素之一。重金属在土壤中的积累导致土壤性质发生变化，从而影响到土壤肥力指标[17]。有研究表明，土壤中N的矿化与重金属的含量呈显著负相关[18-19]，重金属进入土壤后，会与土壤组分发生一系列物理和化学反应，从而影响到土壤对P的保持能力[20-21]，重金属在土壤中的积累达到一定量后，将占据土壤胶体的吸附位，影响K在土壤中的吸附、解吸和形态的分配。而本研究中土壤速效磷含量丰富的原因可能与这些地方的矿石母质有关。土壤肥力较低的另一个因素可能是，尾矿库土壤微生物及酶活性受高浓度的重金属污染所抑制，从而导致土壤肥力下降。有研究表明，矿区土壤微生物量及酶活性的降低，一定程度上也会削弱矿区土壤中C、N营养元素的周转速率和能量循环。

4 结 论

(1)云南锡矿尾矿库土壤有机质缺乏；土壤碱解氮、速效钾含量甚缺乏；土壤速效磷为丰富；土壤阳离子交换量属中等水平。土壤肥力水平较低。

(2)云南锡矿尾矿库土壤Pb含量为557.14～5 479.58 mg/kg；Cd含量为15.84～17.77 mg/kg；Cr含量为20.91～65.72 mg/kg；Cu含量为1536.48～2561.18 mg/kg；Zn含量为2359.18～10 163.39 mg/kg。

(3)云南锡矿3个尾矿库样地5种重金属元素表现出程度不同的污染。单项污染指数表明除Cr外其它元素污染严重，污染程度为 Cd >Cu >Zn>Pb。不同尾矿库土壤重金属污染程度及主要的重金属污染元素存在差异。从综合污染指数来看，3个尾矿库均为重度污染，综合污染程度为大屯选厂尾矿库>老厂尾矿库>黄茅山尾矿库。

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AnalysisofSoilHeavyMetalPollutionandFertilityPropertiesinTinTailingsStorehouseofYunnanProvince

ZHANG De-gang, YUAN Han, LIU Yan-hong*

(Key Laboratory of Higher Quality and Efficient Cultivation and Security Control of Crops for Yunnan Province, College of Life Science and Technology, Honghe University, Yunnan Mengzi 661100, China)

【Objective】The basic soil fertility and heavy metal pollution were analyzed in tailings pond of three tin ore (Datun, Laochang, Huanmao Mountain) in Yunnan province, Gejiu city.【Method】Based on mixed soil sampling method, the soil physical and chemical properties and heavy metal content were determined, and the single factor pollution index and integrated pollution index of soil were also calculated.【Result】The soil of tailings pond had lacking organic matter, very scarce hydrolysable N and available K, abundant available P, medium level of the soil cation exchange capacity. And lead total content was 557.14-5479.58 mg/kg, cadmium total content was 15.84-17.77 mg/kg, the full amount of chromium was from 20.91 to 65.72 mg/kg, copper total content was 1536.48-2561.18 mg/kg, and zinc total content was 2359.18-10 163.39 mg/kg. According to the national environmental quality secondary standards for pollution assessment, the single factor pollution index showed that the soil in tailings pond were seriously polluted by four kinds of heavy metals which pollution degree of sorting for Cd >Cu >Zn >Pb. The integrated pollution index showed that all three tailings ponds had high level of soil heavy metal pollution. For the pollution level of each tailings pond，DaTun was the worst，and followed by LaoChang, and Huanmao Mountain in turn．【Conclusion】This research could provide a scientific basis for tin tailings vegetation restoration and ecological reconstruction.

Tin ore; Tailings pond; Soil fertility; Heavy metal pollution of soil; Single factor pollution index; Integrated pollution index

1001-4829(2017)5-1158-04

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.030

2015-05-25

云南省科技厅应用基础研究项目(2011FB091)；云南省教育厅重点科研基金(2009Z0093,2010y166)

张德刚(1977-)，男，云南石屏人，硕士，主要从事农业资源与环境保护方面的研究，E-mail:zhangdg2000@163.com， *为通讯作者,刘艳红, E-mail:kidliu1968@126.com。

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(责任编辑 王家银)